夏 振，陳橋驛，黃永芳

（1.廣東省國土資源測繪院,廣東 廣州 515000）

遙感是基于物體電磁波輻射和反射特性,運(yùn)用傳感器非接觸式獲取探測目標(biāo)信息的一種現(xiàn)代技術(shù)[1-2]。像控測量是實(shí)現(xiàn)像點(diǎn)攝影坐標(biāo)系到大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié),是攝影測量解析空三加密和遙感衛(wèi)星影像幾何糾正等領(lǐng)域的基本測量工作[3-4]。傳統(tǒng)的像控測量需攜帶像控點(diǎn)的紙質(zhì)照片或電子照片,通過鏈接CORS系統(tǒng)開展動(dòng)態(tài)RTK測量或靜態(tài)測量,在外業(yè)觀測完畢并解算后尚需整理諸多表格、像控點(diǎn)環(huán)境照片和制作像控測量上交資料成果等,極易出錯(cuò),修改過程繁瑣,作業(yè)效率低,成果質(zhì)量難以保障,因此這是困擾廣大測繪作業(yè)人員的一大難題。

隨著移動(dòng)通信進(jìn)入5G時(shí)代,高網(wǎng)速、大容量和低延時(shí)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已成為國家信息高速公路的基礎(chǔ)設(shè)施[5-6]。作為信息高速公路快速增長極之一的智能手機(jī),早已成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚耐ㄐ殴ぞ?也是野外測量人員日常攜帶的必需設(shè)備。智能手機(jī)內(nèi)置的Android系統(tǒng)是由Google公司于2007年發(fā)布的一個(gè)開放、自由的終端平臺(tái)[7-8]。經(jīng)過多年發(fā)展,Android系統(tǒng)目前已更新到Android10.0版本,為野外現(xiàn)場采集像控測量數(shù)據(jù)、建立像控測量數(shù)據(jù)庫、進(jìn)而實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化提供了技術(shù)可能。

本文基于Android系統(tǒng)和Windows系統(tǒng),結(jié)合像控測量工作實(shí)際,研制了一款內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)軟件,可在一定程度上實(shí)現(xiàn)“零內(nèi)業(yè)”目標(biāo),能較大幅度地提高工作效率,并已在廣東省2020年高分辨率航空影像數(shù)據(jù)更新項(xiàng)目生產(chǎn)中得到了較好的推廣應(yīng)用。

1 軟件功能分析與設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化,盡量減少人工參與像控內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)整理,在充分利用GNSS測量儀器和Android智能手機(jī)優(yōu)越性的基礎(chǔ)上,本文設(shè)計(jì)了軟件的總體框架（圖1）,為內(nèi)外業(yè)一體化打通了技術(shù)通道。

圖1 軟件總體框架

通過從GNSS接收機(jī)中導(dǎo)出csv格式提供RTK測量數(shù)據(jù)成果,通過Rinex格式提供靜態(tài)測量觀測數(shù)據(jù)成果。像控工作需要野外記錄的其他文字信息和照片通過手機(jī)App采集,并實(shí)時(shí)寫入Android設(shè)備內(nèi)置的SQLite數(shù)據(jù)庫中；再匯集到Windows環(huán)境下的桌面處理程序,通過點(diǎn)名匹配原則實(shí)現(xiàn)像控測量成果的規(guī)則化整理和批量輸出。

1.1 外業(yè)觀測App功能分析

外業(yè)觀測App需要滿足野外采集像控測量作業(yè)所需人工填寫和記錄的所有信息的要求,主要功能包括觀測基本情況設(shè)置信息（觀測人員姓名、檢查人員姓名、觀測儀器的類型和編號、觀測模式信息、觀測時(shí)刻氣溫和天氣狀況）,控制點(diǎn)測量基本信息（控制點(diǎn)的名稱、各時(shí)段儀器高數(shù)值與照片、儀器高量取方式與讀數(shù)照片、采樣間隔、截止高度角等）,像控點(diǎn)周圍環(huán)境信息（像控點(diǎn)的近景、中景、遠(yuǎn)景、點(diǎn)位照片）,像控點(diǎn)詳細(xì)位置信息（概略經(jīng)緯度、概略大地高、在地形圖上的圖幅號、在矢量地圖上的位置、在影像地圖上的位置）,元素完備性檢查（檢查外業(yè)必填項(xiàng)是否漏填或漏采集）。外業(yè)觀測App功能模塊如圖2所示。

圖2 外業(yè)觀測App功能分析

1.2 桌面處理程序功能分析

桌面處理程序是實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)交匯以及輸出像控測量成果的關(guān)鍵,是實(shí)現(xiàn)批量化程序處理的核心所在。在實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)交匯的基礎(chǔ)上,該程序的主要功能包括生成野外觀測記錄表、生成控制點(diǎn)點(diǎn)位信息表、生成控制點(diǎn)成果列表、導(dǎo)出控制點(diǎn)成果和質(zhì)量檢查與分析等。其功能模塊如圖3所示。

圖3 桌面處理程序功能分析

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 測量數(shù)據(jù)處理流程

外業(yè)觀測App與GNSS觀測數(shù)據(jù)的配合,是實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化的關(guān)鍵,技術(shù)流程如圖4所示。首先,在動(dòng)態(tài)RTK測量模式下,每天作業(yè)完畢后將儀器觀測數(shù)據(jù)導(dǎo)出為csv文件；在靜態(tài)測量模式下,將作業(yè)數(shù)據(jù)導(dǎo)出為Rinex格式文件；同時(shí)將外業(yè)觀測App記錄的SQLite數(shù)據(jù)庫和拍攝的各種照片導(dǎo)入電腦。然后,利用RTK解算軟件平差解算得到控制點(diǎn)平差后坐標(biāo),或采用靜態(tài)平差軟件獲取靜態(tài)平差解算坐標(biāo),并參考實(shí)測位置在航片上刺點(diǎn)。最后,在桌面處理程序中,通過控制點(diǎn)點(diǎn)名實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)采集記錄數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)；利用桌面處理程序解析原始觀測記錄,尋找同名點(diǎn),關(guān)聯(lián)成果和自動(dòng)完成后續(xù)內(nèi)業(yè)工作。

圖4 測量數(shù)據(jù)處理流程圖

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

在像控測量內(nèi)外業(yè)一體化過程中,數(shù)據(jù)庫在后臺(tái)起到組織協(xié)調(diào)的關(guān)鍵作用。首先在App內(nèi)部自動(dòng)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)表,作業(yè)組野外測量操作App的過程實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)建庫過程；然后在桌面處理程序中,繼續(xù)利用野外建立的數(shù)據(jù)庫將接收機(jī)的觀測值和航片刺點(diǎn)信息導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中；最后將多個(gè)觀測組單獨(dú)建立的數(shù)據(jù)庫合并為一個(gè)數(shù)據(jù)庫,為從數(shù)據(jù)庫導(dǎo)出像控測量所需成果資料作準(zhǔn)備（圖5）。

圖5 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)思路

2.3 內(nèi)業(yè)表格輸出

動(dòng)態(tài)鏈接庫是微軟公司在Windows操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)共享函數(shù)庫概念的一種方式,可使進(jìn)程調(diào)用不屬于其可執(zhí)行代碼的函數(shù)[9-10]。桌面端程序內(nèi)部調(diào)用微軟公司W(wǎng)ord軟件的動(dòng)態(tài)鏈接庫文件,通過COM批量輸出滿足項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)書要求的各項(xiàng)內(nèi)外業(yè)表格。首先直接以項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)書中的Word文檔作為預(yù)先定義的Word模板,然后在固定位置定義書簽（Bookmark）,最后在桌面處理程序中逐書簽替換內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)各種樣式成果表的批量輸出。批量輸出內(nèi)業(yè)表格的流程如圖6所示。

圖6 內(nèi)業(yè)表格輸出流程圖

3 軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3.1 外業(yè)觀測App

1）根據(jù)Android智能手機(jī)操作系統(tǒng)實(shí)際,以Java為編程語言,以Android Studio3.4為編程工具開發(fā)外業(yè)觀測App。操作界面如圖7所示,在該界面中可實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)置、控制點(diǎn)名稱輸入、觀測環(huán)境（近景、中景、遠(yuǎn)景、拍點(diǎn)位）拍攝、點(diǎn)位描述填寫、觀測天氣和氣溫填寫等功能。

圖7 外業(yè)觀測App主界面

2）采集要素完備性檢查。在主界面點(diǎn)擊自檢查按鈕,App將進(jìn)入如圖8所示界面,進(jìn)行采集要素的完備性檢查。采集完畢的打鉤,尚未采集的不打鉤,提示觀測者補(bǔ)充；待要素采集完畢后,才能通過并保存。

圖8 采集要素完備性檢查界面

3.2 桌面處理程序

1）主界面。桌面處理程序是實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化的關(guān)鍵處理軟件,采用C#編程語言,在Visual Studio2010中編寫實(shí)現(xiàn)。其主界面如圖9所示。桌面處理軟件自動(dòng)讀取外業(yè)觀測App導(dǎo)出的野外觀測數(shù)據(jù)和測量儀器數(shù)據(jù),即可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

圖9 桌面處理程序主界面

2）點(diǎn)位信息表生成。通過點(diǎn)擊主界面中帶復(fù)選框的下拉控制點(diǎn)列表,可逐一生成被選中的控制點(diǎn)的點(diǎn)位信息表、野外觀測記錄表、控制點(diǎn)成果表和導(dǎo)出單點(diǎn)成果。點(diǎn)位信息表效果如圖10所示。

圖10 點(diǎn)位信息表

3）野外觀測記錄表生成。桌面處理程序可自動(dòng)解析動(dòng)態(tài)RTK原始觀測數(shù)據(jù)和靜態(tài)GNSS觀測得到的Rinex數(shù)據(jù),可準(zhǔn)確無誤地批量生成動(dòng)態(tài)RTK像控和靜態(tài)像控野外觀測記錄表。以動(dòng)態(tài)RTK為例,自動(dòng)生成的野外觀測記錄表如圖11所示。

圖11 動(dòng)態(tài)RTK野外觀測記錄表

4）質(zhì)量檢查與分析。點(diǎn)擊主界面右上角的質(zhì)量分析按鈕,自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至質(zhì)量檢查與分析模塊,如圖12所示。該模塊集成了瀏覽任何一個(gè)控制點(diǎn)全部信息的功能,主要包括控制點(diǎn)名稱,作業(yè)員,檢查員,平差解算后精確三維坐標(biāo),圖幅號,接收機(jī)型號和編碼,刺點(diǎn)航片編號,近景,中景,遠(yuǎn)景,點(diǎn)位照片,各時(shí)段儀器高照片和數(shù)值,手機(jī)概略經(jīng)緯度和高程,原始觀測數(shù)據(jù)內(nèi)符合精度分析報(bào)告等,為質(zhì)量檢查部門提供了全方位的一覽信息。

圖12 質(zhì)量檢查與分析模塊界面

3.3 效率提升對比

本文設(shè)計(jì)的像控測量內(nèi)外業(yè)一體化軟件能較大幅度地減少像控測量內(nèi)業(yè)整理工作。主要的效率提升情況如表1所示。

表1 效率提升對比

4 結(jié) 語

本文綜合運(yùn)用Android智能手機(jī)和Windows操作系統(tǒng)編程語言,實(shí)現(xiàn)了一套像控測量內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)軟件,目前已在2020年廣東省高分辨率航空影像數(shù)據(jù)更新項(xiàng)目的野外測量工作中得到了全面推廣應(yīng)用。該軟件提供的野外信息采集記錄和批量化的數(shù)據(jù)處理功能,可大幅降低像控測量內(nèi)外業(yè)難度,取得了較好的應(yīng)用效果。本文的實(shí)現(xiàn)思路,可為高等級GNSS觀測、水準(zhǔn)測量、控制點(diǎn)普查等外業(yè)測量工作的內(nèi)外業(yè)一體化提供參考。